ชีวมวลคืออะไร? รู้ข้อดีข้อเสีย

ทำความเข้าใจว่ามันเป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนขยะอินทรีย์เป็นพลังงานไฟฟ้าหรือที่เรียกว่าชีวมวล

ชีวมวล

ชีวมวลคืออินทรียวัตถุทั้งหมดที่มาจากพืชหรือสัตว์ที่ใช้เพื่อการผลิตพลังงาน เช่น ถ่านไม้ ฟืน ชานอ้อย เป็นต้น เนื่องจากเป็นแหล่งพลังงานที่กระจัดกระจายและมีประสิทธิภาพต่ำ ซึ่งมักใช้ในประเทศที่พัฒนาน้อยกว่า จึงขาดข้อมูลบางประการเกี่ยวกับการเป็นตัวแทนของแหล่งพลังงานนี้สำหรับเมทริกซ์พลังงานทั่วโลก อย่างไรก็ตาม ตามรายงานของ ANEEL ประมาณ 14% ของพลังงานที่บริโภคในโลกนี้มาจากแหล่งนี้ และจากการศึกษาอื่นของ Brazilian Journal of Pulmonology 90% ของบ้านในพื้นที่ชนบทในประเทศยากจนใช้พลังงานจากชีวมวล การเผา (ไม้ ถ่าน มูลสัตว์ หรือของเสียทางการเกษตร) โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอนุภูมิภาคทะเลทรายซาฮาราและเอเชีย

การใช้ชีวมวลในโรงไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกเพิ่มขึ้น และมีการใช้เพื่อเข้าถึงพื้นที่ที่เครือข่ายไฟฟ้าไม่ครอบคลุม เช่น ชุมชนชนบทห่างไกล การใช้ระบบโคเจนเนอเรชั่นซึ่งรวมการผลิตไฟฟ้าจากชีวมวลกับการผลิตความร้อน การเพิ่มประสิทธิภาพพลังงานของระบบการผลิตก็กลายเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้นเช่นกัน

โคเจนเนอเรชั่นคืออะไร?

ชีวมวล เช่น ถ่านหรือฟืน เป็นตัวขับเคลื่อนส่วนใหญ่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเทอร์โมอิเล็กทริก โดยไม่คำนึงถึงประเภทของเชื้อเพลิงและเครื่องยนต์ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเหล่านี้สูญเสียพลังงานส่วนใหญ่ที่มีอยู่ในเชื้อเพลิงเป็นความร้อน โดยเฉลี่ย พลังงานชีวมวลที่สูญเสียต่อสิ่งแวดล้อมในรูปของความร้อนคิดเป็น 60% ถึง 70% ของพลังงานเชื้อเพลิงทั้งหมด ดังนั้นประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะอยู่ที่ประมาณ 30% ถึง 40%

เนื่องจากอาคารและอุตสาหกรรมจำนวนมากต้องการความร้อน (สำหรับสภาพแวดล้อมภายในอาคารหรือสำหรับน้ำร้อน) จึงมีการพัฒนาระบบโคเจนเนอเรชั่นขึ้นมา ซึ่งความร้อนที่ผลิตขึ้นจากการผลิตไฟฟ้าได้รวมอยู่ในกระบวนการผลิตในรูปของไอน้ำ ข้อได้เปรียบหลักของระบบนี้คือประหยัดเชื้อเพลิงสำหรับกระบวนการทำความร้อน ด้วยวิธีนี้ ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของระบบจะเพิ่มขึ้น สูงถึง 85% ของพลังงานชีวมวลของเชื้อเพลิง

ชีวมวลในบราซิล

ปัจจุบันทรัพยากรที่มีศักยภาพสูงสุดเพื่อใช้เป็นชีวมวลในการผลิตไฟฟ้าในประเทศคือชานอ้อย ภาคส่วนน้ำตาล-แอลกอฮอล์ก่อให้เกิดของเสียจำนวนมาก ซึ่งสามารถใช้เป็นชีวมวลได้ ส่วนใหญ่อยู่ในระบบโคเจนเนอเรชั่น พืชผักอื่นๆ ที่มีศักยภาพในการผลิตกระแสไฟฟ้าสูง ได้แก่ น้ำมันปาล์ม (น้ำมันปาล์ม) ซึ่งให้ผลผลิตเฉลี่ยต่อปีต่อเฮกตาร์มากกว่าอ้อย บูริติ บาบาสซู และอันโดโรบาสี่เท่า ปรากฏเป็นทางเลือกสำหรับการจ่ายไฟฟ้าในชุมชนห่างไกล โดยเฉพาะในภูมิภาคอเมซอน

เมื่อผลิตเอทานอลจากอ้อย ประมาณ 28% ของอ้อยจะเปลี่ยนเป็นชานอ้อย ชานอ้อยนี้เป็นชีวมวลที่ใช้กันทั่วไปในโรงงานสำหรับการผลิตไอน้ำแรงดันต่ำ ซึ่งใช้ในกังหันแรงดันย้อนกลับในอุปกรณ์สกัด (63%) และในการผลิตไฟฟ้า (37%) ไอน้ำแรงดันต่ำส่วนใหญ่ออกจากโรงสีใช้สำหรับกระบวนการและให้ความร้อนแก่น้ำผลไม้ (24%) และในเครื่องกลั่น โดยเฉลี่ยแล้ว อุปกรณ์แต่ละชิ้นต้องใช้พลังงานไฟฟ้าประมาณ 12 กิโลวัตต์ชั่วโมง ซึ่งเป็นค่าที่สารชีวมวลสามารถจ่ายได้เอง กากการเกษตรอื่น ๆ ที่มีศักยภาพสูงเพื่อใช้เป็นชีวมวลในการผลิตไฟฟ้า ได้แก่ แกลบ แกลบเม็ดมะม่วงหิมพานต์ และแกลบมะพร้าว

เส้นทางการแปลงชีวมวล

แหล่งชีวมวลสามารถจำแนกได้ดังนี้ ผักที่เป็นไม้ (ไม้), ผักที่ไม่ใช่เนื้อไม้ (แซคคาไรด์, เซลลูโลส, แป้งและในน้ำ), ขยะอินทรีย์ (การเกษตร, อุตสาหกรรม, ในเมือง) และของเหลวชีวภาพ (น้ำมันพืช) เส้นทางการแปลงสารชีวมวลมีความหลากหลาย และต้องขอบคุณเทคโนโลยีการแปลงเหล่านี้ที่ทำให้สามารถรับเชื้อเพลิงชีวภาพประเภทต่างๆ เช่น เอทานอล เมทานอล ไบโอดีเซล และก๊าซชีวภาพได้ กระบวนการแปลงสารชีวมวลหลักคือ:

การเผาไหม้โดยตรง

วัสดุต่างๆ เช่น ไม้และขยะอินทรีย์ทุกชนิด (เกษตรกรรม อุตสาหกรรม และในเมือง) สามารถเผาไหม้เพื่อผลิตพลังงานได้ กระบวนการเผาไหม้ประกอบด้วยการเปลี่ยนพลังงานเคมีที่มีอยู่ในแหล่งชีวมวลเหล่านี้เป็นความร้อน เพื่อวัตถุประสงค์ด้านพลังงาน การเผาไหม้ชีวมวลโดยตรงจะดำเนินการในเตาอบและเตา แม้จะใช้งานได้จริง แต่กระบวนการเผาไหม้โดยตรงก็มักจะไม่ค่อยมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ เชื้อเพลิงที่สามารถนำมาใช้ในกระบวนการได้โดยทั่วไปจะมีความชื้นสูง (20% หรือมากกว่าในกรณีของฟืน) และความหนาแน่นของพลังงานต่ำ ทำให้การจัดเก็บและการขนส่งทำได้ยาก

การทำให้เป็นแก๊ส

เป็นเทคโนโลยีที่ใช้กับขยะและไม้อินทรีย์ในเมืองและอุตสาหกรรม การแปรสภาพเป็นแก๊สประกอบด้วยการแปลงแหล่งชีวมวลที่เป็นของแข็งให้กลายเป็นก๊าซผ่านปฏิกิริยาเทอร์โมเคมี ซึ่งเกี่ยวข้องกับไอน้ำร้อนและอากาศหรือออกซิเจนในปริมาณที่ต่ำกว่าค่าต่ำสุดสำหรับการเผาไหม้ องค์ประกอบของก๊าซที่ได้คือส่วนผสมของคาร์บอนมอนอกไซด์ ไฮโดรเจน มีเทน คาร์บอนไดออกไซด์ และไนโตรเจน ดังนั้นสัดส่วนเหล่านี้จะแตกต่างกันไปตามสภาวะของกระบวนการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนที่เกี่ยวกับอากาศหรือออกซิเจนที่ใช้ในการออกซิเดชัน เชื้อเพลิงที่เกิดจากการเผาไหม้ของสิ่งมีชีวิตต่อหน่วยพื้นที่นี้มีความหลากหลายมากขึ้น (สามารถใช้ได้กับเครื่องยนต์สันดาปภายในเช่นเดียวกับกังหันก๊าซ) และสะอาด (สารประกอบ เช่น กำมะถันสามารถถอดออกได้ในระหว่างกระบวนการ) มากกว่าเชื้อเพลิงแข็ง นอกจากนี้ยังสามารถผลิตก๊าซสังเคราะห์จากการแปรสภาพเป็นแก๊สได้ ซึ่งสามารถนำไปใช้ในการสังเคราะห์ไฮโดรคาร์บอนใดๆ ได้

ไพโรไลซิ

Pyrolysis หรือที่เรียกว่า carbonization เป็นกระบวนการที่เก่าแก่ที่สุดในการแปลงแหล่งชีวมวล (โดยทั่วไปคือฟืน) เป็นเชื้อเพลิงอื่น (ถ่าน) ที่มีความหนาแน่นพลังงานสูงเป็นสองเท่าของวัสดุต้นทาง สารอินทรีย์ที่ตกค้างจากแหล่งกำเนิดทางการเกษตรมักถูกไพโรไลซิส ในกรณีนี้ สารตกค้างจะต้องถูกบดอัดก่อนหน้านี้ วิธีการนี้ประกอบด้วยการให้ความร้อนแก่วัสดุในสภาพแวดล้อมที่อากาศ "แทบไม่มี" ไพโรไลซิสยังผลิตก๊าซที่ติดไฟได้ น้ำมันดิน และไม้ไพโร ซึ่งเป็นวัสดุที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในภาคอุตสาหกรรม ผลลัพธ์ของกระบวนการแตกต่างอย่างมากจากสภาพของวัสดุดั้งเดิม (ปริมาณและความชื้น) ในการผลิตถ่าน 1 ตัน อาจต้องใช้ฟืนสี่ถึงสิบตัน

ทรานส์เอสเทอริฟิเคชั่น

เป็นกระบวนการทางเคมีที่เปลี่ยนชีวมวลของน้ำมันพืชให้เป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลาง จากปฏิกิริยาระหว่างแอลกอฮอล์ 2 ชนิด (เมทานอลและเอทานอล) และเบส (โซเดียมหรือโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์) ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการทรานส์เอสเทอริฟิเคชันของชีวมวลประเภทนี้ ได้แก่ กลีเซอรีนและไบโอดีเซล ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงที่มีสภาพใกล้เคียงกับน้ำมันดีเซลและสามารถนำไปใช้ในเครื่องยนต์สันดาปภายใน สำหรับใช้ในรถยนต์หรืออยู่กับที่

การย่อยอาหารแบบไม่ใช้ออกซิเจน

เช่นเดียวกับไพโรไลซิส การย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจนต้องเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่ "แทบไม่มี" ออกซิเจน ชีวมวลดั้งเดิมผ่านการสลายตัวโดยการกระทำของแบคทีเรีย เช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติกับสารประกอบอินทรีย์เกือบทั้งหมด ของเสียอินทรีย์ เช่น มูลสัตว์และของเสียจากอุตสาหกรรม สามารถบำบัดได้ผ่านการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจน (ที่เกิดขึ้นในกรณีที่ไม่มีออกซิเจน) ในสารย่อยสลายทางชีวภาพ การกระทำของแบคทีเรียทำให้เกิดความร้อนที่จำเป็นสำหรับการสลายตัว อย่างไรก็ตาม ในพื้นที่หรือเวลาเย็น อาจจำเป็นต้องใช้ความร้อนเพิ่มเติม ผลิตภัณฑ์สุดท้ายของการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจนคือก๊าซชีวภาพซึ่งประกอบด้วยมีเทน (50% ถึง 75%) และคาร์บอนไดออกไซด์ น้ำทิ้งที่เกิดขึ้นสามารถใช้เป็นปุ๋ยได้

การหมัก

เป็นกระบวนการทางชีววิทยาที่ดำเนินการโดยจุลินทรีย์ (โดยปกติคือยีสต์) ที่เปลี่ยนน้ำตาลที่มีอยู่ในแหล่งชีวมวล เช่น อ้อย ข้าวโพด บีทรูท และพืชชนิดอื่นๆ ให้เป็นแอลกอฮอล์ ผลลัพธ์สุดท้ายของการหมักชีวมวลคือการผลิตเอทานอลและเมทานอล

การบังคับใช้ชีวมวล

ชีวมวลถือเป็นแหล่งพลังงานหมุนเวียน และถูกนำมาใช้เพื่อทดแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น น้ำมันและถ่านหิน เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้าในโรงงานเทอร์โมอิเล็กทริก และเนื่องจากปล่อยก๊าซที่ก่อมลพิษในปริมาณที่น้อยกว่าเมื่อเทียบกับพลังงานที่ไม่หมุนเวียน อย่างไรก็ตาม ถึงแม้จะไม่ใช่เชื้อเพลิงฟอสซิลก็ตาม จากการศึกษาพบว่า การเผาไหม้ชีวมวลเป็นหนึ่งในแหล่งก๊าซพิษ ฝุ่นละออง และก๊าซเรือนกระจกที่ใหญ่ที่สุดในโลก

ในกรณีของการเผาไหม้ในพื้นที่ขนาดใหญ่ ไม่ว่าจะเป็นป่าไม้ ทุ่งหญ้าสะวันนา หรือพืชพรรณชนิดอื่นๆ การปล่อยกำมะถันจะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในค่า pH ของน้ำฝน ส่งผลให้เกิดฝนกรด การปล่อยก๊าซมีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์มีส่วนทำให้ปรากฏการณ์เรือนกระจกรุนแรงขึ้น และการปล่อยสารปรอทนำไปสู่การปนเปื้อนของสิ่งมีชีวิตในน้ำ และทำให้เกิดการก่อตัวของเมทิลเมอร์คิวรี ซึ่งเป็นสารที่เป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์

การสัมผัสกับวัสดุที่เกิดจากกระบวนการเผาไหม้ชีวมวลในสภาพแวดล้อมในร่ม (เตาไม้ เตาผิง ฯลฯ) ซ้ำๆ และเป็นเวลานาน มีความเกี่ยวข้องกับการเพิ่มขึ้นของการติดเชื้อทางเดินหายใจเฉียบพลันในเด็ก ซึ่งถือเป็นหนึ่งในสาเหตุสำคัญของการเสียชีวิตของเด็กในการพัฒนา ประเทศ. นอกจากนี้ยังเกี่ยวข้องกับการเพิ่มขึ้นของโรคปอดอุดกั้นเรื้อรัง, โรคปอดบวม (โรคที่เกิดจากการสูดดมฝุ่น), วัณโรคปอด, ต้อกระจกและตาบอด ในกรณีของการเผาไหม้ฟางอ้อย ประชากรที่อาศัยอยู่ในพื้นที่โดยรอบไร่อ้อยจะได้รับฝุ่นจากชีวมวลที่ถูกเผาเป็นเวลาประมาณหกเดือนตลอดทั้งปี

ด้วยเหตุผลนี้ สภาสิ่งแวดล้อมแห่งชาติ (Conama) ได้กำหนดขีดจำกัดการปล่อยมลพิษในบรรยากาศจากกระบวนการสร้างความร้อนจากการเผาไหม้ชีวมวลของอ้อยจากภายนอก ซึ่งทำให้สามารถควบคุมการปล่อยและลดผลกระทบทางสังคมและสิ่งแวดล้อมที่เกี่ยวข้องกับการเผาไหม้ชีวมวล

ชีวมวลยังมีความเป็นไปได้ที่จะผลิตจากวัสดุที่หลากหลาย ให้ความยืดหยุ่นและความปลอดภัยแก่ตลาด ซึ่งแตกต่างจากเชื้อเพลิงฟอสซิลโดยเฉพาะน้ำมัน อีกประเด็นหนึ่งก็คือ การใช้ขยะอินทรีย์ทางการเกษตร อุตสาหกรรม และในเมืองเพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า พวกเขากำลังได้รับปลายทางที่ "ยั่งยืน" มากกว่าการกำจัดทิ้งง่ายๆ จากการศึกษาพบว่า สารตกค้างทางการเกษตรส่วนใหญ่ในบราซิล ได้แก่ ข้าวโพด ถั่วเหลือง ข้าว และข้าวสาลี โดย 2 รายการแรกเป็นวัตถุดิบที่ใช้บ่อยในการผลิตไบโอดีเซล

บราซิลมีเงื่อนไขที่เอื้ออำนวยต่อการผลิตพลังงานจากชีวมวล เช่น การมีอยู่ของพื้นที่เพาะปลูกขนาดใหญ่ ซึ่งสามารถใช้สำหรับการผลิตชีวมวล และได้รับรังสีแสงอาทิตย์ที่รุนแรงตลอดทั้งปี อย่างไรก็ตาม มีความกังวลเกี่ยวกับการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพรุ่นแรกที่ใช้วัตถุดิบจากพืชโดยตรง ในกรณีนี้ เชื้อเพลิงชีวภาพสามารถป้องกันสถานการณ์การแข่งขันสำหรับที่ดินทำกินกับภาคเกษตรกรรม ทำให้ความมั่นคงด้านอาหารของประชากรตกอยู่ในความเสี่ยง อีกประเด็นหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับที่ดินผืนใหญ่คือประเด็นการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม นอกเหนือจากการแข่งขันกับเกษตรกรรมแล้ว เชื้อเพลิงชีวภาพอาจสร้างแรงกดดันให้กับพื้นที่ที่ได้รับการจัดสรรเพื่อการอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม



$config[zx-auto] not found$config[zx-overlay] not found